Voorwoord Ik zou graag een heleboel mensen bedanken voor hun hulp bij deze masterproef. Al deze mensen vernoemen is onmogelijk maar toch wil ik enkele mensen in het bijzonder vermelden voor hun bijdrage. Eerst en vooral wil ik stad Kortrijk bedanken om mij de mogelijkheid te geven om een boeiende masterproef te mogen volbrengen. Mijn externe promotor Sébastien Lefèbvre wil ik in het bijzonder bedanken voor zijn ondersteuning en vele raad. Ook alle mensen in het stadhuis wil ik bedanken voor hun hulp. Een dankwoord richting mijn school, het PIH te Kortrijk, is zeker niet misplaatst. Hierbij wil ik alle docenten bedanken die in de laatste 4 jaar een bijdrage hebben geleverd in mijn studie van industrieel ingenieur. Het team van elektrotechniek, met name Jan Desmet en Bart Verhelst wil ik bedanken voor hun raad bij deze masterproef. Tenslotte wil ik ook nog mijn ouders en familie bedanken die mij de voorbije 4 jaar gesteund hebben zodat ik mijn studies met succes kan afronden.
Inhoudsopgave Voorwoord .................................................................................................................................II Inhoudsopgave ......................................................................................................................... III Abstract ..................................................................................................................................... V Lijst van figuren ....................................................................................................................... VI Lijst van tabellen .....................................................................................................................VII 1
Situering ............................................................................................................................. 8
2
Doelstelling ........................................................................................................................ 9
3
De HVAC-installatie ........................................................................................................ 11 3.1 Situering ................................................................................................................... 11 3.1.1 Wat is HVAC ................................................................................................... 11 3.1.1.1 Verwarming.................................................................................................. 11 3.1.1.2 Ventilatie ...................................................................................................... 12 3.1.1.3 Air Conditioning .......................................................................................... 12 3.1.1.4 Regeling ....................................................................................................... 12 3.1.2 Wat is toegepast ............................................................................................... 13 3.1.3 Wat uit te werken ............................................................................................. 13 3.2 Gebouwenschil ......................................................................................................... 13 3.2.1 Het gebouw ...................................................................................................... 13 3.2.2 Vereisten........................................................................................................... 15 3.3 Bestaande installatie ................................................................................................. 15 3.3.1 Centrale verwarming ........................................................................................ 15 3.3.1.1 Hydraulisch schema ..................................................................................... 16 3.3.1.2 Ketel ............................................................................................................. 16 3.3.1.3 Pompen......................................................................................................... 17 3.3.1.4 Kleppen ........................................................................................................ 18 3.3.1.5 Sensoren ....................................................................................................... 18 3.3.2 Sanitair warm water ......................................................................................... 20 3.3.2.1 Hydraulisch schema ..................................................................................... 21 3.3.2.2 Ketel ............................................................................................................. 21 3.3.2.3 Pomp............................................................................................................. 22 3.3.3 Regeling ........................................................................................................... 22 3.3.3.1 Regelaar........................................................................................................ 22 3.3.3.2 Uitbreiding van de regelaar .......................................................................... 23 3.3.3.2.1 Module AZY55.31 ................................................................................. 23 3.3.3.2.2 Module AZY55.60 ................................................................................. 24 3.3.3.3 Regelprincipe ............................................................................................... 24 3.3.3.3.1 Bedrijfssoorten ....................................................................................... 25 3.3.3.3.2 Regelen van de aanvoertemperatuur ...................................................... 25 3.3.3.3.3 Afkoel- en opwarmbedrijf ...................................................................... 27 3.3.3.3.4 Vorstbeveiliging ..................................................................................... 27 3.3.3.3.5 Tijdsprogramma’s .................................................................................. 28
III
4
Studie en ontwerp van de nieuwe regeling....................................................................... 29 4.1 Motivatie .................................................................................................................. 29 4.2 Studie van vereisten ................................................................................................. 29 4.2.1 Minimale vereisten en voorwaarden ................................................................ 29 4.2.2 Type regelaars .................................................................................................. 30 4.2.3 Markstudie........................................................................................................ 31 4.3 Ontwerp .................................................................................................................... 32 4.3.1 Regeling ........................................................................................................... 32 4.3.1.1 Functieblokken ............................................................................................. 33 4.3.1.1.1 Tijd en datum ......................................................................................... 33 4.3.1.1.2 Vrije dagen en weekend ......................................................................... 34 4.3.1.1.3 Bezetting................................................................................................. 34 4.3.1.1.4 Burelen ................................................................................................... 36 4.3.1.1.5 Appartementen ....................................................................................... 37 4.3.1.1.6 Sanitair warm water ............................................................................... 37 4.3.1.1.7 Ketel ....................................................................................................... 38 4.3.2 Remote controle ............................................................................................... 39 4.3.2.1 Inleiding ....................................................................................................... 39 4.3.2.2 Besturingssoftware (client) .......................................................................... 40 4.3.2.2.1 Tabblad algemeen .................................................................................. 40 4.3.2.2.2 Tabblad Stookcurve................................................................................ 41 4.3.2.2.3 Tabblad Bezetting .................................................................................. 41 4.3.2.2.4 Tabblad Vakantiedagen.......................................................................... 42 4.3.2.2.5 Tabblad Trending ................................................................................... 42 4.3.2.2.6 Programma ............................................................................................. 43 4.3.2.2.7 Database ................................................................................................. 43 4.4 Implementatie........................................................................................................... 44 4.4.1 PLC-sturing ...................................................................................................... 44 4.4.1.1 Aansluiting van de 3-fase relais voor de pompen ........................................ 45 4.4.1.2 Aansluiting van de 230VAC/24VDC relais voor de kleppen ...................... 46 4.4.1.3 Aansluiting 0-10VDC stuursignaal voor de ketel ........................................ 46 4.4.1.4 Aansluiting van de temperatuursensoren ..................................................... 47 4.4.2 Software ........................................................................................................... 48 4.4.2.1 Besturingssoftware ....................................................................................... 48 4.4.2.2 Serversoftware.............................................................................................. 50
5
Besluiten........................................................................................................................... 52
6
Verdere onderzoeksmogelijkheden .................................................................................. 53
Literatuurlijst ............................................................................................................................ 54 Bijlage 1: Sigmagyr RVL55 bijkomende informatie ............................................................... 55 Bijlage 2: Onderdelen............................................................................................................... 59 Bijlage 3: PCWORX start handleiding .................................................................................... 65 Bijlage 4: Configuratie van de OPC-server.............................................................................. 70
IV
Abstract The title of the thesis is ‘Realisation of a HVAC management system’. This project is initiated by the technical department of the city of Kortrijk. The aim of this study is the analysis of a new control system for a HVAC-installation in order to create a remote control from the city hall. Using a remote control, problems can be solved quickly and the HVAC-installation is energy efficient. Commercial systems have a double drawback. On the first hand both control algorithm and parametrising is quite difficult in a closed system. This drawback creates a high operational cost. On the other hand, dedicated controllers are expensive with respect to the transparency and possibilities of the controller. The aim of the research and analysis is to implement a new control system on an existing HVAC installation as an open system who can be extrapolated to all HVAC installations of the city. To achieve this, first a study must be made to gain information of existing HVAC controllers. All functions on how to control a HVAC installation with most energy efficiency need to be known. If this is done, there has to be reviewed which controller is best fitted for the job. Two systems are reviewed, PLC controllers and all-in-one heating controllers. A PLC controller is the best choice for the city of Kortrijk because of the flexibility and openness of the system. When all the parts are available, a simulation can be made. The controller and remote software will be programmed using Visual Basic .NET. The remote software will consist of a client program for real-time use and a server program that logs important data into a MySQL database. If everything is tested and ready the new controller can be implemented into the HVAC installation.
V
Lijst van figuren Figuur 3-1: Voorbeeld stookketel ............................................................................................ 11 Figuur 3-2: Principe warmtepomp ........................................................................................... 11 Figuur 3-3: Koelcyclus............................................................................................................. 12 Figuur 3-4: Tuighuizen............................................................................................................. 13 Figuur3-5: Appartementen ....................................................................................................... 14 Figuur 3-6: Radiatoren ............................................................................................................. 14 Figuur 3-7: Verwarming burelen.............................................................................................. 14 Figuur 3-8: Overzicht HVAC-installatie.................................................................................. 15 Figuur 3-9: Collectoren met pompen en kleppen..................................................................... 15 Figuur 3-10: Hydraulisch schema CV...................................................................................... 16 Figuur 3-11: Ketel CV.............................................................................................................. 16 Figuur 3-12: Retourcirculatiepomp .......................................................................................... 17 Figuur 3-13: Aanvoercirculatiepomp ....................................................................................... 17 Figuur 3-14: Landis & Gyr SQS35 .......................................................................................... 18 Figuur 3-15: Landis & Gyr QAE22 ......................................................................................... 18 Figuur 3-16: Landis & Gyr QAD22 ......................................................................................... 19 Figuur 3-17: Landis & Gyr QAC31 ......................................................................................... 19 Figuur 3-18: Karakteristiek Ni1000 meetelement.................................................................... 20 Figuur 3-19: Overzicht installatie sanitair warm water............................................................ 20 Figuur 3-20: Hydraulisch schema SWW ................................................................................. 21 Figuur 3-21: Bulex TN300-44.................................................................................................. 21 Figuur 3-22: Grundfos UP 20-30N .......................................................................................... 22 Figuur 3-23: Sigmagyr RVL55 ................................................................................................ 22 Figuur 3-24: De 3 regelaars, onderste gedeelte toont de aansluitingen.................................... 23 Figuur 3-25: AZY55.31............................................................................................................ 23 Figuur 3-26: AZY55.60............................................................................................................ 24 Figuur 3-27: Bedrijfssoorten (VT i.f.v. t)................................................................................. 25 Figuur 3-28: Stookcurve RVL55.............................................................................................. 26 Figuur 3-29: Afkoel- en opwarmbedrijf RVL55 (RT i.f.v. t) .................................................. 27 Figuur 4-1: Testopstelling ........................................................................................................ 32 Figuur 4-2: Overzicht FBs........................................................................................................ 33 Figuur 4-3: FB tijd_en_datum.................................................................................................. 33 Figuur 4-4: FB vrijedagen_weekend........................................................................................ 34 Figuur 4-5: FB bezetting .......................................................................................................... 34 Figuur 4-6: Karakteristiek opwarmtijd..................................................................................... 35 Figuur 4-7: Karakteristiek afkoeltijd........................................................................................ 35 Figuur 4-8: FB burelen ............................................................................................................. 36 Figuur 4-9: Ruimtetemp. i.f.v. tijd ........................................................................................... 36 Figuur 4-10: FB appartementen ............................................................................................... 37 Figuur 4-11: FB sanitair warm water ....................................................................................... 37 Figuur 4-12: FB ketel ............................................................................................................... 38 Figuur 4-13: Netwerk ............................................................................................................... 39 Figuur 4-14: Tabblad algemeen ............................................................................................... 40 Figuur 4-15: Tabblad stookcurve ............................................................................................. 41 Figuur 4-16: Tabblad bezetting ................................................................................................ 41 Figuur 4-17: Tabblad vakantiedagen........................................................................................ 42
VI
Figuur 4-18: Tabblad trending ................................................................................................. 42 Figuur 4-19: Trendgrafiek ........................................................................................................ 43 Figuur 4-20: Programma logger ............................................................................................... 43 Figuur 4-21: MySQL db tuighuizen......................................................................................... 44 Figuur 4-22: Elektriciteitskast .................................................................................................. 44 Figuur 4-23: Aansluitingen variabelen in PCWORX .............................................................. 45 Figuur 4-24: Aansluiting pomprelais ....................................................................................... 45 Figuur 4-25: Aansluiting kleprelais.......................................................................................... 46 Figuur 4-26: Aansluiting analoge uitgang ketel ....................................................................... 46 Figuur 4-27: Aansluiting temperatuursensoren........................................................................ 47 Figuur 4-28: Instellingen tabblad algemeen............................................................................. 48 Figuur 4-29: Instellingen tabblad stookcurve........................................................................... 48 Figuur 4-30: Instellingen tabblad bezetting ............................................................................. 49 Figuur 4-31: Instellingen tabblad vakantiedagen ..................................................................... 49 Figuur 4-32: Instelling server ................................................................................................... 50 Figuur 4-33: Configuratiebestand ............................................................................................ 50 Figuur 4-34: Instellingen client configuratiebestand ............................................................... 51
Lijst van tabellen Tabel 1: Soorten regelaars........................................................................................................ 30 Tabel 2: Prijzen verschillende controllers ................................................................................ 31 Tabel 3: Beoordeling verschillende controllers ....................................................................... 31
VII
1 Situering Het beheer van HVAC (Heating Ventilation Air Conditioning) is dezer dagen een zeer belangrijk onderwerp. Het heeft invloed op twee belangrijke zaken, namelijk geld en milieu. Onuitputtelijke en goedkope energie is verleden tijd. Waar vroeger de energiekosten minder van belang waren in een bedrijf is het heden ten dage niet meer te verwaarlozen. Overal is er klimatisatie nodig, om een goede werkomgeving te garanderen en voor productieprocessen. HVAC is dus een grote verbruiker waarmee veel geld kan worden verloren. Het is daarom nodig om deze installaties zo energie-efficiënt mogelijk te maken. Het milieu wordt ook rechtstreeks beïnvloed door klimatisatie. Bij het opwekken van energie worden onvermijdelijk broeikasgassen uitgestoten die het broeikaseffect versterken. Stookinstallaties zorgen hier ook voor. Het energie-efficiënt maken van HVAC-installaties zal dan ook één van de snelste manieren zijn om deze broeikasgassen enigszins te beperken. De reden waarom deze masterproef me aansprak is omdat ik zeer geïnteresseerd ben in het optimaliseren van machines en installaties waarbij de visualisatie naar de mens toe belangrijk is. Ook het feit dat er een bedrijf en het milieu wordt geholpen zorgt voor een extra stimulans. Deze masterproef is in samenwerking met Stad Kortrijk, meer bepaald de directie Facility. De directie Facility staat in voor alle faciliteiten (gebouwen, wagenpark, economaat, drukkerij, …) voor de Stad Kortrijk. Stad Kortrijk stelt ongeveer 1000 werknemers tewerk en telt 75000 inwoners.
8
2 Doelstelling Stad Kortrijk heeft een aantal gebouwen waarvan de HVAC-installatie moet worden voorzien van een nieuwe en transparante regeling. Het is de bedoeling dat de nieuwe regeling van op afstand kan bestuurd en gemonitord worden. Hierdoor wordt zowel een optimale energieefficiënte en maximale functionaliteit bekomen. Op vandaag dient stad Kortrijk iemand naar het gebouw sturen bij fouten of klachten. In de toekomst moet de regeling vanuit het stadhuis te Kortrijk kunnen worden bestuurd. Als bijkomende eis dient deze regeling transparant en flexibel te zijn zodat de voorgestelde oplossing gemakkelijk te implementeren is in gelijkaardige HVAC-installaties van andere gebouwen. Een bestaande regeling vernieuwen heeft als nadeel dat deze vrij merkgebonden is en bijgevolg ook niet toegankelijk voor eigen programmering. Bovendien zijn dergelijke systemen vrij duur indien men extra besturingsmogelijkheden wenst te bekomen. Deze systemen zijn ook meestal allesbehalve open. Voor een aantal gebouwen zoekt stad Kortrijk nog een regeling die een goede prijs/kwaliteit heeft maar tevens alles biedt wat een merkgebonden systeem heeft. Dit houdt in dat de voorgestelde oplossing alle basisfunctionaliteiten om een verwarmingsinstallatie optimaal te regelen bezit met een goede visualisatie vanop afstand. Volgende stappen dienen hierbij doorlopen te worden: 1. Het bestuderen van de oude regeling. Bij het analyseren van de HVAC-installatie wordt de oude regeling in detail bestudeerd om inzicht te krijgen in het regelen van HVAC-installaties en welke instrumenten hiervoor worden gebruikt. 2. Een nieuwe regeling voorstellen. Het zoeken van een nieuwe regeling. Deze regeling moet een goede prijs/kwaliteit hebben en even goed zijn als de oude regeling, d.w.z. minimum alle functionaliteit van de oude regeling hebben zoals een aanpasbare stookcurve, zelfregelende opwarm- en afkoelperiode enz. Hij moet gemakkelijk in andere installaties kunnen geïnstalleerd worden, dus zo transparant mogelijk. Indien het ontwerp goedgekeurd wordt kan dan de regeling worden gebouwd en de werking ervan worden onderzocht met behulp van een simulatie. 3. Ontwerpen remote besturingssoftware. De software moet in staat zijn om vanuit het stadhuis te Kortrijk de HVAC-installatie te kunnen opvolgen en indien nodig parameters van de regeling kunnen aanpassen zoals gewenste temperaturen, stookcurve, vakantiedagen, enz..
9
4. Door de nieuwe regeling de HVAC-installatie zo energie-efficiënt mogelijk maken. Alle parameters die betrekking hebben met de HVAC-installatie moeten zo goed mogelijk worden ingesteld om zo weinig mogelijk energie te verbruiken terwijl rekening wordt gehouden met het comfort van de inwonende mensen en werknemers. 5. Logging en visualisatie. Om een goede werking van de installatie te garanderen kunnen belangrijke parameters zoals ruimtetemperaturen, aanvoer- en retourtemperatuur, … worden bijgehouden in een database. Deze waarden kunnen dan over een bepaalde tijdsbasis gelogd worden en later bekeken worden via een softwareprogramma. Hiermee zijn gemakkelijk fouten te detecteren en kan men de regeling van de HVAC-installatie gaan optimaliseren. 6. Meten en loggen van het energieverbruik (optioneel). Bestuderen van de mogelijkheid om het energieverbruik van de installatie te meten.
10
3 De HVAC-installatie 3.1 Situering 3.1.1 Wat is HVAC HVAC staat voor Heating Ventilation and Air Condition. Algemeen staat het dus voor klimatisatie, hieronder valt verwarming, ventilatie en koeling of air conditioning. HVACinstallaties staan in om het comfort op een bepaalde plaats te verzekeren door de temperatuur en vochtigheid op die plaats te regelen. HVAC wordt zowel gebruikt in residentiële, als in industriële omgevingen.
3.1.1.1 Verwarming Er zijn verschillende soorten van verwarming mogelijk. Centrale verwarming wordt veel gebruikt om huizen en gebouwen te verwarmen. Deze maken gebruik van een ketel of een warmtepomp om water of lucht te verwarmen. De verwarmde lucht of water worden via leidingen verspreid over de ruimtes die moeten verwarmd worden. De warme lucht zal gewoon in de kamer worden geblazen terwijl bij water, het warme water door een radiator zal stromen om zo een warmteoverdracht met de omgeving te verkrijgen.
Figuur 3-1: Voorbeeld stookketel
Figuur 3-2: Principe warmtepomp
11
3.1.1.2 Ventilatie Ventilatie is het verversen van de lucht in een ruimte met als doel om de temperatuur, vochtigheidsgraad, geur, rook enz. te regelen. Dit kan gebeuren door binnenlucht te mengen met buitenlucht maar ook d.m.v. luchtcirculatie in een gebouw zelf (met voorziening van verse lucht). Ventilatie wordt bekomen door gebruik te maken van ventilatoren in verschillende maten en soorten of door natuurlijke ventilatie. Natuurlijke ventilatie bekomt men door ramen te openen of ervoor te zorgen dat warme lucht naar boven kan in een gebouw zodat er onderaan koude lucht wordt aangezogen.
3.1.1.3 Air Conditioning Air conditioning en koeling zorgen voor het onttrekken van warmte, dit gebeurt volgens een volgend principe: als er warmte moet worden onttrokken van iets moet er een medium voorzien worden dat kouder is. Meestal wordt dit principe gebruikt d.m.v. een koelcyclus. Een koelcyclus bestaat uit 4 delen. Een compressor zorgt ervoor dat een koelvloeistof samengedrukt wordt zodat de koelvloeistof opwarmt (zie figuur 3-3: compressor). Deze koelvloeistof wordt hierna afgekoeld door buitenlucht waardoor de koelvloeistof condenseert (zie figuur 3-3: condenser). De koelvloeistof wordt hierna gepompt naar de binnenruimte waar de koelvloeistof door een verdamper (zie figuur 3-3: evaporator) gaat en terug uitzet waardoor de koelvloeistof warmte zal opnemen uit de omgeving. Hierna gaat de koelvloeistof terug naar de compressor.
Figuur 3-3: Koelcyclus
3.1.1.4 Regeling Om een HVAC-installatie te optimaliseren is een goede regeling nodig. De regeling is nodig om de gewenste temperatuur in een comfortzone te verzekeren. Een goede regeling speelt in op de ketels, de kringen en de werkingsperiodes.
12
Meestal wordt bij de verwarmingsinstallaties een weersafhankelijke regelaar gebruikt. Deze regelaar is afgestemd op de buitentemperatuur. Bij koud weer zal de aanvoertemperatuur hoog liggen en bij warm weer laag om zo de gewenste ruimtetemperatuur te bereiken. Hierdoor daalt het energieverbruik.
3.1.2 Wat is toegepast De HVAC-installatie bestaat uit een verwarmingsketel die water verwarmt voor 3 circuits en een verwarmingsketel die water verwarmt voor sanitair gebruik. Deze worden geregeld door 3 Siemens regelaars.
3.1.3 Wat uit te werken De regeling van de HVAC-installatie moet volledig worden herzien. Er moet gezocht worden naar een goed alternatief dat zowel gebruiksvriendelijk als energie-efficiënt is. De huidige regeling werkt zoals het moet maar bij problemen moet men meteen ter plaatse gaan kijken. Remote besturing is alleen mogelijk met een oude computer via DOS wat heel wat ervaring van de gebruiker vereist. Indien mogelijk worden de 3 huidige regelaars vervangen door 1 regelaar die 3 CV circuits en 1 sanitair warm water circuit kan regelen.
3.2 Gebouwenschil 3.2.1 Het gebouw Het gebouw waar de HVAC-installatie zich in bevindt noemt de tuighuizen. Het is gelegen te Marke en wordt gebruikt om verschillende “tuigen” van stad Kortrijk in te plaatsen. Alle vuilnisophaalwagens bijvoorbeeld worden hier geparkeerd. Ook de groendienst van Kortrijk bevindt zich in dit gebouw. Bij de tuighuizen zijn er ook nog eens 4 appartementen die allemaal bewoond zijn.
Figuur 3-4: Tuighuizen
13
Voor de verwarming wordt het gebouw in 3 sectoren verdeeld: 4 appartementen, burelen gelijkvloers en burelen 1ste verdiep. Deze 3 sectoren worden verwarmd door gietijzeren radiatoren. De plaats waar alle tuigen staat wordt niet verwarmd maar geventileerd.
Figuur3-5: Appartementen
Figuur 3-6: Radiatoren
Zoals op figuur 3-6 kan worden vastgesteld zijn de radiatoren al vrij oud maar niet slechter dan modernere plaatstalen radiatoren, gietijzeren radiatoren geven meer stralingswarmte af dan plaatstalen radiatoren waardoor het water voor de ketel een lagere temperatuur zal hebben. Hierdoor zal er meer condensatiewarmte benut worden indien de ketel een condensatieketel is. In de burelen zijn tegen de muren en vensters roosters voorzien in de grond die dienen als verwarming.
Figuur 3-7: Verwarming burelen
14
3.2.2 Vereisten Het gebouw is al enkele tientallen jaren oud, de ramen bestaan uit enkele beglazing en de muren zijn weinig geïsoleerd (gewone bakstenen muren). Dit zorgt voor bijkomende verliezen en dus een hogere warmtevraag. Door deze hogere warmtevraag is het onmogelijk om altijd condenserend te werken met de huidige ketel. Dit omdat de aanvoertemperatuur hoog genoeg moet zijn om de ruimtes te kunnen opwarmen en dit zorgt logischerwijs ook voor een hoge retourtemperatuur. Als de retourtemperatuur hoger is dan de condensatietemperatuur (bij gebruik van aardgas ongeveer 55°C [12]) zal de ketel niet condenserend werken en daalt het rendement. De aanvoertemperatuur en retourtemperatuur dienen dus bewaakt te worden.
3.3 Bestaande installatie 3.3.1 Centrale verwarming
Figuur 3-8: Overzicht HVAC-installatie
Figuur 3-9: Collectoren met pompen en kleppen
15
3.3.1.1 Hydraulisch schema
Figuur 3-10: Hydraulisch schema CV
De ketel verwarmt het water tot gewenste temperatuur en als een circuit warm water vraagt zal de driepunts-klep van dit circuit openen. De circulatiepomp van het circuit zal het water door de radiatoren pompen.
3.3.1.2 Ketel De huidige ketel voor de centrale verwarming is een Bulex Thermosystem, het is een condensatiegasketel die bestaat uit een cascadeopstelling van modules van 40kW en dient als warmtegenerator voor de verwarming van water tot temperaturen van 90°C (aanvoertemperatuur). Elke module is uitgerust met een eigen modulerende ventilator, gasblok, brander, ontsteking, veiligheid en regeling.
Figuur 3-11: Ketel CV
16
Eigenschappen:
Genormaliseerd nuttig rendement van 110%, door het condenserende aspect van de ketel kan het rendement tot 110% oplopen. Dit rendement houdt echter alleen rekening met de onderste verbrandingswaarde, d.w.z. dat dit rendement de warmte die gewonnen wordt door condensatie niet in rekening brengt waardoor het rendement boven de 100% kan oplopen [1]; Groot modulatiebereik vanaf 12kW, door de goede moduleerbaarheid kan de ketel zeer energie-efficiënt werken. De Thermosystem regelt de belasting van de verschillende modules op een evenwichtige wijze zodat elke module een zelfde werktijd heeft [1]; Aansluitcontact 0-10V voor het extern regelen van de ketel (aanvoertemperatuur of verwarmingsvermogen) [1]; Ingebouwde pompregeling en vorstbeveiliging [1].
3.3.1.3 Pompen De retourpomp (Grundfos UPS 40-120F) wordt geregeld door de condensatieketel. Het is een 2-fasen pomp die manueel ingesteld kan worden op 3 snelheden.
Figuur 3-12: Retourcirculatiepomp
De circulatiepompen die voor de aanvoer van het warm water zorgen in iedere kring zijn Grundfos UMC 40-30’s. Dit zijn 3-fasen pompen die manueel ingesteld kunnen worden op 3 vermogens: 50W, 100W en 205W. Een hoog vermogen is niet nodig aangezien alleen de leidingsverliezen moeten overwonnen worden. Door het kleine vermogen is het niet economisch rendabel om de pompen te voorzien van een drive (aangeraden vanaf 1kW [12]).
Figuur 3-13: Aanvoercirculatiepomp
17
3.3.1.4 Kleppen De kleppen die aan de aanvoer van iedere kring staan (voor de circulatiepomp) zijn de Landis & Gyr SQS35. Deze kleppen worden 3-punts bediend (openen, sluiten, blijven staan) met een voedingsspanning van 230V AC en hebben een looptijd van 150s.
Figuur 3-14: Landis & Gyr SQS35
Deze kleppen worden via de regelaar gestuurd door een 230V AC spanning aan 1 van de 2 ingangen (openen en sluiten) te leggen.
3.3.1.5 Sensoren Er zijn temperatuursensoren geïnstalleerd op de collector van de aanvoer en op de collector van de retour. Ook zijn er voor iedere kring apart ook temperatuursensoren aan de aanvoer. Voor de aanvoer worden temperatuursensoren van het type Landis & Gyr QAE22 gebruikt. Er is een dompeltemperatuur opnemer gebruikt voor het opmeten van de watertemperatuur in leidingen en vaten. In dit geval wordt hij gebruikt voor het meten van de aanvoertemperatuur. Het gebruikte meetelement is een Ni1000 met een weerstand van 1000Ω bij 0°C.
Figuur 3-15: Landis & Gyr QAE22
18
Voor het meten van de retourtemperatuur worden temperatuursensoren gebruikt van het type Landis & Gyr QAD22. Er is een klemtemperatuuropnemer voor het meten van de temperatuur aan leidingen, in dit geval de retourtemperatuur. Het gebruikte meetelement is een Ni1000 met een weerstand van 1000Ω bij 0°C.
Figuur 3-16: Landis & Gyr QAD22
Voor het meten van de ruimte en buitentemperatuur worden Landis & Gyr QAC31 temperatuursensoren gebruikt. Het gebruikte meetelement is een Ni1000 met een weerstand van 1000Ω bij 0°C.
Figuur 3-17: Landis & Gyr QAC31
19
De karakteristiek van een Ni1000 (1000Ω bij 0°C) ziet er als volgt uit:
Figuur 3-18: Karakteristiek Ni1000 meetelement
3.3.2 Sanitair warm water
Figuur 3-19: Overzicht installatie sanitair warm water
20
3.3.2.1 Hydraulisch schema
Figuur 3-20: Hydraulisch schema SWW
De ketel verwarmt het binnenkomend koud water tot gewenste temperatuur waarna dit warm water terug vertrekt via de bovenste leiding. De middelste aansluiting is de omloop van het warm water.
3.3.2.2 Ketel De ketel voor het sanitair warm water is een Bulex TN300-44. Het is een open atmosferische debietketel met een nominaal vermogen van 39,2kW en een inhoud van 300l. De ketel werkt op gas.
Figuur 3-21: Bulex TN300-44
Eigenschappen:
Regelbare thermostaat met begrenzer [2]; Vorstbeveiliging en oververhittingsbeveiliging [2]; Minimum opwarmingstijd van 14 min. voor een ∆T van 25°C [2].
21
3.3.2.3 Pomp De pomp gebruikt voor de circulatie van het sanitair warm water is een Grundfos UP 20-30N. Het is een tweefasige pomp met een vermogen van 25W.
Figuur 3-22: Grundfos UP 20-30N
3.3.3 Regeling 3.3.3.1 Regelaar De regeling van de HVAC installatie bestaat uit 3 dezelfde Siemens regelaars, namelijk de Sigmagyr Heating Controller RVL55. De 3 regelaars worden met elkaar verbonden via een databus (H-bus, maximum 200m) en communiceren zo met elkaar. Eén regelaar is de master die de ketel en het sanitair warm water stuurt. Iedere regelaar regelt apart zijn kring (circulatiepomp en klep).
Figuur 3-23: Sigmagyr RVL55
22
Voor iedere verwarmingssector is er één geïnstalleerd. 4 appartementen
Burelen gelijkvloers
Burelen 1ste verdiep
Figuur 3-24: De 3 regelaars, onderste gedeelte toont de aansluitingen
Het is een regelaar die kan gebruikt worden voor residentiële of niet-residentiële gebouwen zoals kantoren, scholen, appartementsgebouwen, … De H-bus is gemaakt om digitale media (video en geluid) te streamen van verschillende bronnen naar 1 hoofdapparaat. De data gaat in 1 richting, van de slaves naar de master en bestaat uit pakketten van 4kB. Er zijn maximum 8 slaves mogelijk. Op vandaag wordt de Hbus niet meer gebruikt. 3.3.3.2 Uitbreiding van de regelaar De eerste regelaar (sector 4 appartementen) is uitgebreid met 2 extra modules: de AZY55.31 en de AZY55.60.
3.3.3.2.1 Module AZY55.31
Met deze module kan naast de verwarmingsgroep die geregeld wordt door de RVL55 nog een extra kring worden geregeld. In dit geval het sanitair warm water (regelen van boilertemperatuur en circulatiepomp). Het besturen van de circulatiepomp wordt geregeld door één van de schakelklokken van de RVL55. De boilertemperatuur wordt met een temperatuursensor opgemeten en vergeleken met de gewenste waarde. Bij een afwijking wordt een afsluiter of kraan geregeld d.m.v. PI-regeling.
Figuur 3-25: AZY55.31
23
3.3.3.2.2 Module AZY55.60
Deze module wordt aangesloten als er extra uitgangsignalen nodig zijn, in dit geval een analoge uitgang (0…10V). Er kunnen verschillende signalen uitgestuurd worden op commando van de RVL55: de buitentemperatuur, de gevraagde uitvoertemperatuur, de werkelijke uitvoertemperatuur, de ruimtetemperatuur en de gevraagde warmte. De AZY55.60 wordt hier gebruikt om de aanvoertemperatuur van de ketel te regelen tussen 15°C (0V) en 95°C (10V).
Figuur 3-26: AZY55.60
3.3.3.3 Regelprincipe In deze paragraaf worden alle belangrijke functies van de Sigmagyr RVL55 besproken die nodig zijn om een goede weersafhankelijke regeling te bekomen. De RVL55 biedt volgende functies [3]:
Weersafhankelijke aanvoertemperatuurregeling (sturing servomotor of directe brandersturing), Vijf verschillende bedrijfssoorten en handbediening, Jaarschakelklok met automatische zomertijd-wintertijd omschakeling, Weekprogramma voor bedrijfstijden met 3 comfortperioden per dag met bijhorende temperatuurniveaus, 25 vakantieperiodes per jaar programmeerbaar, Adaptieve optimalisering van het aanwarm- en koelbedrijf, Adaptieve stooklijn, Vorstbeveiling d.m.v. pompstart en minimum aanvoertemperatuur, Minimum ruimtetemperatuurbewaking, …
24
3.3.3.3.1 Bedrijfssoorten
Bedrijfssoorten zijn de verschillende statussen waarin de regeling zich kan bevinden. Er zijn 5 verschillende bedrijfssoorten:
Zomer: de verwarming is uitgeschakeld Gereduceerd: de ruimtetemperatuur wordt geregeld op de gereduceerde gewenste waarde (buiten bedrijf) Automatisch: de ruimtetemperatuur wordt geregeld volgens het weekprogramma voor de bedrijfstijden Dag: de ruimtetemperatuur wordt geregeld op de normale gewenste temperatuur Paraat: installatie uitgeschakeld
Figuur 3-27: Bedrijfssoorten (VT i.f.v. t)
VT: aanvoertemperatuur w1: normale gewenste ruimtetemperatuur w3: gereduceerde gewenste ruimtetemperatuur (buiten regelbedrijf) w4: verhoogde gewenste ruimtetemperatuur (voor snelaanwarmen)
3.3.3.3.2 Regelen van de aanvoertemperatuur
De regeling controleert voortdurend de buitentemperatuur en op basis van deze temperatuur stuurt de regelaar de aanvoertemperatuur bij a.d.h.v. een stookcurve. De stookcurve geeft de verhouding weer van de nodige aanvoertemperatuur t.o.v. de buitentemperatuur. De stookcurve is afhankelijk van verschillende factoren: hoe het gebouw in elkaar zit (volume, isolatie, gebruikte materialen, vensteroppervlak, …), de bezetting, ligging, … De stookcurve is dus voor ieder gebouw uniek. Normaal worden er standaardstookcurves gebruikt omdat het bepalen ervan niet eenvoudig is. Maar hoe beter de stookcurve aangepast is aan het gebouw hoe energie-efficiënter het kan worden gemaakt. Men kan tot 25% [13] energie besparen door de stookcurve te optimaliseren t.o.v. standaardstookcurves.
25
Bij nieuwe gebouwen is het optimaliseren van de stookcurve zeker een goede investering doordat nieuwe gebouwen onder striktere wetten moeten gebouwd worden en dus de isolatie e.d. beter is. Als men voor deze gebouwen een standaard stookcurve gebruikt die eigenlijk gemaakt is voor oudere gebouwen met minder isolatie en enkele beglazing wil dat zeggen dat er teveel energie in het gebouw wordt gestoken. De tuighuizen is een oud gebouw waarvoor het niet mogelijk is om de stookcurve optimaal aan te passen. Als men ervoor zorgt dat de stookcurve in beperkte mate aan te passen is door een bewoner van het gebouw (opvolging van temperaturen en mogelijkheid om op basis hiervan de stookcurve aan te passen in software bvb.) kan dit al zeer efficiënt zijn. In de RVL55 ziet de stookcurve er zo uit:
Figuur 3-28: Stookcurve RVL55
VT: aanvoertemperatuur AT: buitentemperatuur De stookcurve bestaat uit 2 rechte delen die samenkomen in het midden van het buitentemperatuurbereik. De onderste waarde van de buitentemperatuur staat vast ingesteld op 15°C, bij een hogere buitentemperatuur zal de HVAC-installatie niet werken (algemeen afgesproken). De RVL55 kan ook met een adaptieve stooklijn werken, dit wil zeggen dat de bovenste en onderste aanvoertemperatuur kan aangepast worden.. Door dagelijks de ruimtetemperatuur op te meten kan de stooklijn worden aangepast om een betere temperatuursregeling te bekomen en energie te besparen (indien de stookcurve daalt). Als de ruimtetemperatuur de maximaalbegrenzing van de ruimtetemperatuur overschrijdt, verschuift de regeling de stookcurve parallel naar beneden met per °C overschrijding een daling van 10°C van de aanvoertemperatuur.
26
3.3.3.3.3 Afkoel- en opwarmbedrijf
Bij aanwezigheid van één of meer ruimtetemperatuurmeters worden de tijden van het begin van het afkoel- en opwarmbedrijf geoptimaliseerd door de regelaar. Tijdens het normale bedrijf berekent de regelaar op welk tijdstip hij de gewenste ruimtetemperatuur instelt op de normale bedrijfstemperatuur – 1°C. Als het normale bedrijf eindigt zal hij de installatie afleggen tot de gereduceerde bedrijfstemperatuur is bereikt. Als er geen ruimtetemperatuurmeter is zal de regelaar het tijdstip voor uitschakelen berekenen d.m.v. het ruimtemodel van het gebouw. Dit ruimtemodel is berekend a.d.h.v. de instelling van de gebouwtijdsconstante, de tijd en het verloop van de buitentemperatuur. Bij het opwarmbedrijf zal de regelaar bij gereduceerd bedrijf het tijdstip berekenen wanneer de installatie terug moet aangeschakeld worden om bij het begin van de normale bedrijfstijd de gewenste normale bedrijfstemperatuur te verkrijgen. Zonder aanwezigheid van een ruimtetemperatuurmeter zal de regelaar het tijdstip gaan kiezen volgens de buitentemperatuur. Bij een minimum buitentemperatuur zal de regelaar de maximum opwarmtijd kiezen en bij een buitentemperatuur dicht bij 15°C zal de installatie maar aanschakelen bij het begin van de normale bedrijfstijd.
Figuur 3-29: Afkoel- en opwarmbedrijf RVL55 (RT i.f.v. t)
RT: ruimtetemperatuur x1: normale bedrijfstemperatuur x2: normale bedrijfstemperatuur – 1°C x3: gereduceerde bedrijfstemperatuur
3.3.3.3.4 Vorstbeveiliging
De vorstbeveiliging dient om de leidingnetten van de installatie te beschermen tegen bevriezen. Deze werkt met een minimum buitentemperatuur. Als de buitentemperatuur onder de ingestelde vorstgrens daalt zullen alle circulatiepompen ingeschakeld worden. De ketel blijft uitgeschakeld. Als de aanvoertemperatuur daalt onder de minimum gewenste waarde zal de verwarming aanschakelen tot de aanvoertemperatuur hoog genoeg is. De vorstbeveiliging wordt uitgeschakeld als de buitentemperatuur 1°C hoger is als de ingestelde vorstgrens.
27
3.3.3.3.5 Tijdsprogramma’s
De RVL55 heeft een jaarklok, die 4 van elkaar onafhankelijke schakelklokken stuurt:
Jaarschakelklok: staat in voor de vakantieperiodes en de verwarmingsseizoenen Weekschakelklok (nr.1): staat in voor het weekprogramma van de regelaar (bedrijfstijden en gewenste ruimtetemperaturen) Dagschakelklok (nr.2): voor verschillende toepassingen met modulen zoals de AZY55.31 (sanitair warm water) Dagschakelklok (nr.3): idem als vorige
De regelaar werkt volgens een weekprogramma die gebruikt wordt voor het hele jaar. Voor iedere dag van de week zijn verschillende gebruikstijden mogelijk met per dag maximaal 3 verschillende bedrijfstijden. Aan iedere bedrijfstijd kan een gewenste ruimtetemperatuur worden gegeven. Het dagprogramma bestaat uit een werkdagprogramma en een weekeindeprogramma. In het vakantieprogramma kunnen maximaal 25 vakantieperiodes worden ingegeven. Voor iedere vakantieperiode moet de eerste en laatste dag worden ingeven en ook het uur waarop de periode begint kan worden meegegeven. Tijdens een vakantieperiode gaat de regelaar in gereduceerde toestand (de temperatuur wordt buiten bedrijf op een lagere temperatuur gehouden).
28
4 Studie en ontwerp van de nieuwe regeling 4.1 Motivatie Er zijn verschillende redenen waarom een nieuwe regelaar plaatsen goed kan zijn. Een eerste reden is het sneller en efficiënter kunnen oplossen van problemen. Als een werknemer toekomt in de burelen van de tuighuizen en de verwarming blijkt niet te werken dan moet deze werknemer dat laten weten aan de Directie Facility in het stadhuis te Kortrijk. Er wordt dan zo snel mogelijk iemand ter plaatse gestuurd maar dit is niet altijd mogelijk dezelfde dag. De HVAC-installatie van de tuighuizen wordt ook gebruikt om 4 appartementen te verwarmen, als er zich midden in de winter een probleem voordoet is het aangeraden om zo snel mogelijk dit probleem op te lossen om het comfort van de bewoners te garanderen. Door een nieuwe regeling met remote besturing te plaatsen is het mogelijk om direct in het stadhuis via software de regeling te bekijken en te kijken wat er mis is. Indien nodig kunnen er parameters veranderd worden om het probleem op te lossen. Een andere reden is flexibiliteit. Als stad Kortrijk een nieuwe regeling ontwerpt die zeer open is kunnen andere gebouwen voorzien worden van een regelaar op basis van de ontworpen regeling. Hierdoor heeft stad Kortrijk alles in de hand zoals onderhoud en kosten. Ten slotte kan de implementatie van een nieuwe regeling de energiekosten drukken doordat alles veel beter wordt opgevolgd. Gewenste temperaturen, bedrijfstijden en vakantiedagen zullen gemakkelijk aan te passen zijn zodat een perfecte verhouding tussen comfort en energieverbruik mogelijk is. Dit zal ook een positieve invloed hebben op het milieu, met een weersafhankelijke regelaar waar de stookcurve aanpasbaar is zal de ketel niet meer maximaal moeten stoken bij zachte buitentemperaturen.
4.2 Studie van vereisten 4.2.1 Minimale vereisten en voorwaarden 1. Besturen van de ketel via een instelbare stookcurve. Hiervoor is een 0-10V DC uitgangssignaal nodig; 2. Mogelijkheid om 4 circulatiepompen te besturen (aan/uit) via contactoren. Hiervoor zijn digitale uitgangen nodig; 3. De 3 kleppen van de installatie moeten kunnen geregeld worden via een 3puntssturing; 4. De regelaar moet minstens 5 temperatuursensoren kunnen uitlezen; 5. Een goede verhouding tussen prijs en kwaliteit; 6. Alle basisfuncties bezitten zoals instelbare ruimtetemperaturen, instelbare stookcurve, vakantiekalender, opwarm- en afkoelbedrijf; 7. Transparant en flexibel zijn, d.w.z. gemakkelijk uit te breiden en te installeren/kopiëren voor andere HVAC-installaties; 8. Ethernetaansluiting voor communicatie via intranet.
29
4.2.2 Type regelaars Er zijn twee verschillende mogelijkheden als nieuwe regelaar. Er kan een regelaar worden gemaakt met een PLC-sturing (PLC = Programmable Logic Controller) of een kant-en-klare oplossing worden gekocht zoals de huidige regeling. Indien er wordt gewerkt met een PLC moet de sturing samengesteld worden in functie van de gewenste I/O. Een voordeel is wel dat de regelaar volledig op maat zal zijn en deze later nog gemakkelijk kan worden uitgebreid. De regeling en remote software moet bij een PLC-sturing volledig zelf geprogrammeerd worden wat enige tijd in beslag neemt maar dat wil wel zeggen dat er een open systeem wordt verkregen omdat de regeling zelf geprogrammeerd wordt. Onderhoud van de regeling kan zelf gedaan worden waardoor de kosten na installatie miniem zullen zijn. En indien er een onderdeel defect is moet de volledige regeling niet worden hersteld of vervangen. Bij een kant-en-klare regelaar moet er weinig worden gedaan behalve alles aansluiten en de parameters instellen. Dit zijn meestal gesloten systemen en niet geschikt voor uitbreiding. Deze zijn ook gelimiteerd door een bepaalde set capaciteiten en functies. Zoals bij de huidige regelaar zal 1 regelaar niet voldoen en is er een regelaar nodig per circuit. De remote software kan ook beperkt zijn of zelfs te uitgebreid zodat er teveel geïnvesteerd wordt i.f.v. de noodwendigheden. Bij defecten moet een extern iemand opgeroepen worden wat een tijdje kan duren en de kosten verhoogt. Samengevat: Tabel 1: Soorten regelaars
Voordelen
Nadelen
PLC-sturing Kant-en-klare regelaar +Op maat mogelijk +Weinig voorbereiding nodig +Uitbreidbaar +Software aanwezig =Onderhoud zelf doen +Relatief goedkoop t.o.v. +Goede prijs/kwaliteit PLC sturing indien er maar 1 =Zelf programmeren regelaar nodig is +Bij defect niet alles weg +Open systeem =Onderhoud zelf doen -Gesloten systeem -Samenstelling van de -Moeilijk uitbreidbaar sturing i.f.v. mogelijke I/O -Duur als er meerdere interfaces. regelaars nodig zijn =Zelf programmeren -Software niet op maat -Onderhoud door extern persoon
Hieruit kunnen we concluderen dat een PLC-sturing de beste oplossing zal zijn, het is ook de enigste oplossing die aan de vereisten voldoet die door stad Kortrijk zijn gegeven: flexibel/uitbreidbaar en open.
30
4.2.3 Markstudie Heden ten dage zijn er veel fabrikanten van PLC’s. Uit al deze fabrikanten worden 5 PLCsturingen gekozen die veel worden gebruikt in de industrie en vergeleken met elkaar: 1. 2. 3. 4. 5.
Siemens S7-200, Phoenix Contact ILC 150 ETH, Omron C200HE-CPU11, Allen Bradley (Rockwell Automation) SLC 5/01, Telemecanique Twido.
Al deze merken bieden een PLC-sturing aan die voldoen aan de vereisten gesteld door stad Kortrijk. Deze types zijn allemaal basiscontrollers die zeker voldoen om een HVACinstallatie te regelen. De enigste parameter waar dan nog kan op worden beoordeeld is de prijs. In de tabel hieronder wordt alleen gekeken naar de prijs van de controller (met ethernet aansluiting) en de prijs van de software [11] [14], houd er rekening mee dat dit allemaal prijzen zijn voor particulieren. Tabel 2: Prijzen verschillende controllers
PRIJS Controller Software Extra Totaal
Siemens
Phoenix Contact €185,00 €329,4 €340,00 Gratis Ethernetmodule: Standaard €454,95 €979,95 €329,4
Omron
Telemecanique
€482 €149 Standaard
Allen Bradley €234 €1256 Standaard
€631
€1490
€610
Allen Bradley 5 4 5 1 15
Telemecanique
€366 €244 Standaard
Beoordeling (punten van 1 tot 5 waarbij 5 de hoogste score is): Tabel 3: Beoordeling verschillende controllers
Punten /5 Functies Prijs Ethernet Software Totaal
Siemens 5 5 1 2 13
Phoenix Contact 5 3 5 5 18
Omron 5 1 5 4 15
5 2 5 3 15
Doordat bij Phoenix Contact de software gratis aangeboden wordt en er standaard een ethernetaansluiting voor handen is de ILC 150 ETH de beste keuze. De Phoenix Contact ILC 150 ETH en andere gekozen onderdelen worden gedetailleerd besproken in bijlage 2.
31
4.3 Ontwerp 4.3.1 Regeling Eerst en vooral wordt de regelaar samengesteld i.f.v. de noodwendigheden.
Figuur 4-1: Testopstelling
Op figuur 4-1 linksboven ziet u de voeding, rechtsboven de PLC met uitbreidingskaarten, rechtsonder 6 relais om de driepuntskleppen te besturen en linksonder 4 3-fasige relais om de circulatiepompen te schakelen. Alles is nu klaar om te beginnen aan de simulatie in PcWorX. PcWorX is de programmeeromgeving van Phoenix Contact.
32
4.3.1.1 Functieblokken In deze paragraaf worden alle verschillende functieblokken die geprogrammeerd worden uitgelegd. Iedere basisfunctie wordt verwerkt als een functieblok wat de flexibiliteit en openheid van de regeling bevordert. Op de bijhorende CD-ROM vindt u alle code terug. Overzicht van alle functieblokken in PCWORX:
Figuur 4-2: Overzicht FBs
Al de functieblokken in figuur 4-2 zijn zelf gemaakt met als doel om een flexibel geheel te verkrijgen. In de volgende paragrafen worden deze functieblokken uitgelegd. 4.3.1.1.1 Tijd en datum
Figuur 4-3: FB tijd_en_datum
Dit is de functieblok die zorgt voor de huidige tijd die nodig is voor de bedrijven en de huidige maand en dag om te kunnen vergelijken met de vrije dagen.
33
De huidige tijd wordt gegeven als 1 geheel getal in minuten. Het huidige uur wordt vermenigvuldigd met 60 en opgeteld met de huidige minuten. Zo wordt er voor ieder tijdstip een uniek getal verkregen, dit is gemakkelijker om mee te werken dan 2 verschillende variabelen.
4.3.1.1.2 Vrije dagen en weekend
Figuur 4-4: FB vrijedagen_weekend
Dit functieblok controleert of de huidige dag in de lijst staat met vrije dagen, indien dit zo is wordt de uitgang waar. Lijst_vrij is een tabel van alle vrije dagen. Ten tweede controleert de functieblok als de huidige dag een werkdag is of een weekenddag. Voor de burelen is deze functieblok nodig aangezien er niemand aanwezig is in het weekend en op een vrije dag, voor de appartementen wordt deze niet gebruikt.
4.3.1.1.3 Bezetting
Figuur 4-5: FB bezetting
Dit functieblok staat in voor de verschillende bedrijfsperiodes per dag. Ieder circuit heeft een aparte functieblok. Lijst_bg is een tabel waar 3 verschillende bedrijfsperiodes in kunnen staan. Indien de huidige tijd in één van de bedrijfsperiodes ligt zal de uitgang waar zijn. In deze functieblok zit ook de regeling voor het afkoel –en opwarmbedrijf. Om ervoor te zorgen dat de ruimtetemperatuur gelijk is aan de gewenste temperatuur bij de aanvang van een bedrijfsperiode zal de regeling de gewenste kring vroeger openen. Hetzelfde gebeurt bij het einde van een bedrijfsperiode, de kring zal iets vroeger sluiten. Het is niet nodig om een
34
circuit te verwarmen tot op het einde van een bedrijfsperiode omdat een ruimte een bepaalde thermische inertie heeft waardoor de temperatuur niet direct zal zakken. De tijd die de regelaar zal gebruiken om vroeger op te starten en te stoppen zal bepaald worden door een gegeven karakteristiek in functie van de buitentemperatuur en de thermische constante van het gebouw. Bij het opwarmbedrijf zal een algoritme ervoor zorgen dat de tijd voor het opwarmen automatisch verandert tot de ruimtetemperatuur de gewenste waarde bereikt bij aanvang van een bedrijf. Dit gebeurt ook in de functieblok bezetting. Het algoritme werkt als volgt: per graad Celsius waarmee de ruimtetemperatuur in vergelijking met de gewenste temperatuur te hoog of te laag is, zal de begintijd met 5 minuten verhoogd of verlaagd worden. De karakteristieken voor de opwarmtijd en afkoeltijd: Opwarmtijd
Tijd (minuten) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 -10
15
Buitentemperatuur (°C)
Figuur 4-6: Karakteristiek opwarmtijd Afkoeltijd
Tijd (minuten) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 -10
15
Buitentemperatuur (°C)
Figuur 4-7: Karakteristiek afkoeltijd
35
4.3.1.1.4 Burelen
Figuur 4-8: FB burelen
Dit functieblok regelt de circuits van de burelen. Er zijn 2 circuits, burelen gelijkvloers (bg) en burelen eerste verdiep (bev). Als bij één van de twee het bedrijf start dan zal de klep van het desbetreffend circuit openen. Daarna wordt de ruimtetemperatuur vergeleken met de gewenste temperatuur, indien de ruimtetemperatuur lager is dan de gewenste temperatuur minus de hysterese zal de pomp starten. De pomp stopt terug als de ruimtetemperatuur hoger is dan de gewenste temperatuur plus de hysterese. Zo wordt een start-stop regeling gecreëerd. In figuur 4-9 wordt de temperatuur uitgezet i.f.v. de tijd.
Figuur 4-9: Ruimtetemp. i.f.v. tijd
De vorstbeveiliging zit ook geïntegreerd in dit functieblok. Als een kring niet actief is en de buitentemperatuur gaat beneden de vorstgrens, dan zal de klep van dit circuit geopend worden en de pomp starten. De pomp blijft werken tot de buitentemperatuur terug boven de vorstgrens + hysterese is.
36
4.3.1.1.5 Appartementen
Figuur 4-10: FB appartementen
Dit functieblok werkt gelijkaardig als die van de burelen met dat verschil dat er geen ruimtetemperatuur voor handen is en de pomp dus voortdurend draait als het circuit in bedrijf is.
4.3.1.1.6 Sanitair warm water
Figuur 4-11: FB sanitair warm water
De functieblok om het sanitair warm water te regelen is een mix van FB bezetting en FB appartementen. Indien het sanitair warm water in bedrijf is zal de pomp werken en er wordt ook vorstbeveiliging toegepast.
37
4.3.1.1.7 Ketel
Figuur 4-12: FB ketel
De ketel wordt geregeld door een 0-10V DC signaal. 0 tot 10V geeft een aanvoertemperatuur van 15°C tot 90°C. In deze functieblok wordt d.m.v. een stookcurve de aanvoertemperatuur berekend in functie van de buitentemperatuur. De buitentemperatuur gaat van -10°C tot 15°C, er kan zelf gekozen worden welke aanvoertemperatuur met deze waarden samen gaat. Bovenstetemp is de aanvoertemperatuur bij -10°C en onderstetemp is de aanvoertemperatuur bij 15°C, daarboven zal de ketel niet werken omdat bij 15°C er zeer weinig energie gebruikt moet worden om een gebouw op de gewenste temperatuur te krijgen. De ketel op temperatuur houden zou teveel energie verbruiken. De onderste waarde van de buitentemperatuur is -10°C, deze waarde is bekomen uit gemiddelde temperatuurmetingen in Vlaanderen [12].
38
4.3.2 Remote controle 4.3.2.1 Inleiding Om de regeling van op afstand te kunnen besturen moet software ontwikkeld worden die via OPC (OLE for Proces Control, dit is een standaard voor gegevensuitwisseling tussen industriële automatiseringssystemen waarbij variabelen in de PLC extern kunnen gelezen of aangepast worden) de nodige gegevens kan doorgeven. Dit moet bovendien gebeuren over ethernet. De software wordt ontwikkeld in Microsoft Visual Studio 2005, meer specifiek Visual Basic .NET. Visual Basic is een objectgeoriënteerde programmeertaal die bedoeld is voor het bouwen van grafische applicaties (op basis van grafische elementen). Alle programmeercode is terug te vinden op de bijhorende CD-ROM.
Figuur 4-13: Netwerk
In figuur 4-13 is te zien hoe de structuur eruit ziet van het netwerk. De PLC, client en server worden allemaal verbonden met het intranet van stad Kortrijk zodat deze met elkaar kunnen communiceren. De client haalt real-time waarden uit de PLC en de server haalt per tijdsinterval waarden uit de PLC om op te slaan in een database.
39
4.3.2.2 Besturingssoftware (client) De besturingssoftware dient om realtime gegevens van de HVAC-installatie te kunnen bekijken en parameters te veranderen.
4.3.2.2.1 Tabblad Algemeen
Figuur 4-14: Tabblad Algemeen
In het tabblad algemeen zie je de huidige waardes van de temperaturen, kleppen en pompen van iedere kring. De vorstgrens en hysterese zijn in te stellen net zoals de gewenste temperatuur in de burelen. Indien een ruimtetemperatuursensor of de buitentemperatuursensor niet meer exact de juiste waarde geeft dan is er ook de mogelijkheid om een correctie toe te passen. Er wordt dan verder gewerkt met de gecorrigeerde waarde.
40
4.3.2.2.2 Tabblad Stookcurve
Figuur 4-15: Tabblad Stookcurve
Hier is de bovenste en onderste aanvoertemperatuur in te stellen zodat de ketel zo energieefficiënt mogelijk kan werken. De gewenste aanvoertemperatuur afgeleid uit de stookcurve, en in functie van de buitentemperatuur, is ook te vergelijken met de werkelijke aanvoertemperatuur (gemeten door de sensor aan de aanvoercollector). Zo kan gecontroleerd worden of de ketel al dan niet goed werkt.
4.3.2.2.3 Tabblad Bezetting
Figuur 4-16: Tabblad Bezetting
In dit tabblad kunnen de bedrijfsperiodes worden ingesteld voor iedere kring. Er zijn 3 verschillende periodes mogelijk per kring. 41
4.3.2.2.4 Tabblad Vakantiedagen
Figuur 4-17: Tabblad Vakantiedagen
In het tabblad vakantiedagen worden links alle vrije dagen getoond die momenteel ingesteld zijn en rechts kunt u vakantiedagen toevoegen door gebruik te maken van de comboboxes.
4.3.2.2.5 Tabblad Trending
Figuur 4-18: Tabblad Trending
Hier kan een tijdsinterval worden gekozen van een uur tot eventueel enkele jaren en onderaan kunt u in de listbox de gewenste variabelen kiezen die moeten getrend worden. Bij het klikken op de Trend knop wordt over ethernet verbinding gemaakt met de server die de juiste waarden uit de database haalt.
42
Figuur 4-19: Trendgrafiek
4.3.2.3 Logsoftware (server) De logsoftware dient om verscheidene variabelen herhaaldelijk over een bepaald tijdsinterval op te slaan in een database. De logsoftware is dus eigenlijk een server die in verbinding staat met de regelaar.
4.3.2.3.1 Programma
Figuur 4-20: Programma logger
Op figuur 4-20 ziet u de lay-out van het serverprogramma. Het interval waarmee de server de variabelen opslaat in de database kan zelf gekozen worden.
4.3.2.3.2 Database
Er wordt gebruik gemaakt van een MySQL database, dit is een opensource (vrije toegang tot de broncode) relationeel databasemanagementsysteem dat gebruikt maakt van SQL (structured query language, een standaardtaal voor relationele databasemanagementsystemen). MySQL is bovendien freeware en heeft zich door de jaren al bewezen als een goed databasemanagementsysteem dat meestal wordt gebruikt voor websites. Aangezien er geen
43
cruciale data moet worden opgeslaan voor enkele jaren is dit databasesysteem meer dan voldoende.
Figuur 4-21: MySQL db tuighuizen
Figuur 4-21 toont de database gebruikt om alle nodige variabelen te loggen. Rechts staan alle variabelen in de database met hun datatype. Variabelen die gelogd worden: datum, uur, minuten, buitentemperatuur, aanvoertemperatuur, retourtemperatuur, gewenste temperatuur burelen gelijkvloers, ruimtetemperatuur burelen gelijkvloers, gewenste temperatuur burelen eerste verdiep en ruimtetemperatuur burelen eerste verdiep.
4.4 Implementatie 4.4.1 PLC-sturing De PLC onderdelen en relais kunnen gewoon in de kast geïnstalleerd worden op de plaats van de oude regelaars m.b.v. een DIN rail. De 4 oude 3-fasen relais moeten worden vervangen door de nieuwe 3-fasen relais.
Oude regelaars
3-fasenrelais
Figuur 4-22: Elektriciteitskast
44
Figuur 4-23: Aansluitingen variabelen in PCWORX
De temperatuursensoren worden rechtstreeks aan de PLC aangesloten. De pompen en kleppen worden gestuurd via relais die aangesloten zijn aan de PLC. 4.4.1.1 Aansluiting van de 3-fase relais voor de pompen
Figuur 4-24: Aansluiting pomprelais
Connector 2 bestaat uit 4 uitgangen, deze zitten standaard bij de ILC 150 ETH PLC. 1.1, 2.1, 1.4 en 2.4 zijn de pluscontacten en worden in dezelfde volgorde aangesloten op contact A1 van iedere 3-fase relais., 1.2 en 2.2 zijn massa’s en worden aangesloten op A2 van de 3-fase relais.
45
4.4.1.2 Aansluiting van de 230VAC/24VDC relais voor de kleppen Hiervoor worden connector 5 t.e.m. 7 gebruikt van de PLC zoals getoond in figuur 4-25.
5
6
7
Figuur 4-25: Aansluiting kleprelais
X.1 (bovenste klemmen) zijn de pluscontacten van de uitgangen. X.3 zijn de bijhorende massa’s. 1.1/1.3 en 2.1/2.3 worden gebruikt voor de klep van de burelen gelijkvloers, 3.1/3.3 en 4.1/4.3 worden gebruikt voor de klep van de burelen eerste verdiep en 5.1/5.3 en 6.1/6.3 worden gebruikt voor de klep van de appartementen.
4.4.1.3 Aansluiting 0-10VDC stuursignaal voor de ketel
Figuur 4-26: Aansluiting analoge uitgang ketel
De kaart met de analoge uitgang is connector nummer 9 (vanaf links geteld), 1.1 is de plusklem en 1.3 is de massa.
46
4.4.1.4 Aansluiting van de temperatuursensoren
Figuur 4-27: Aansluiting temperatuursensoren
Connector 10, 11 en 12 zijn de RTD kaarten met elk de mogelijkheid om 2 temperatuursensoren aan te sluiten. Op connector 10 wordt eerst de aanvoertemperatuursensor aangesloten (1.1 en 1.2) en als tweede de retourtemperatuursensor (2.1 en 2.2). Op connector 11 wordt de ruimtetemperatuursensor van de burelen gelijkvloers eerst aangesloten (1.1 en 1.2) en dan de ruimtetemperatuursensor van de burelen eerste verdiep (2.1 en 2.2). Op connector 12 wordt de laatste temperatuursensor, deze voor de buitentemperatuur aangesloten (1.1 en 1.2). Deze volgorde moet behouden worden omdat in de software dezelfde volgorde wordt gebruikt (zie figuur 4-23). Let wel op: de temperatuursensor van de aanvoertemperatuur die aan de collector hangt moet nog bekabeld worden tot aan de elektriciteitskast.
47
4.4.2 Software Er moeten ook nog enkele dingen ingesteld worden in het clientprogramma en serverprogramma voor de regeling in gebruik kan gaan.
4.4.2.1 Besturingssoftware In het tabblad Algemeen moeten volgende parameters nog ingesteld worden:
Figuur 4-28: Instellingen tabblad algemeen
1. 2. 3. 4.
Welke weekdag het momenteel is; De gewenste vorstgrens; De hysterese voor de pompregeling; De gewenste ruimtetemperaturen voor de burelen.
Instellingen voor het tabblad Stookcurve:
Figuur 4-29: Instellingen tabblad Stookcurve
1. Bovenste aanvoertemperatuur voor een buitentemperatuur van -10°C; 2. Onderste aanvoertemperatuur voor een buitentemperatuur van 15°C. 48
Instellingen voor het tabblad Bezetting:
Figuur 4-30: Instellingen tabblad Bezetting
Hier moeten alle bedrijfsperiodes worden ingesteld voor de 4 circuits en daarna klikt u op wijzigingen opslaan. Instellingen voor tabblad Vakantiedagen:
Figuur 4-31: Instellingen tabblad Vakantiedagen
Hier moeten alle vakantiedagen worden toegevoegd waarbij de burelen niet bezet zijn. In het laatste tabblad Trending moet er niets veranderen.
49
4.4.2.2 Serversoftware
Figuur 4-32: Instelling server
In de serversoftware moet u nog het loginterval kiezen, een goede waarde is 15 minuten. Na het invullen klikt u op wijzigen en het nieuwe loginterval is opgeslaan. Hierna moeten de configuratiebestanden van deze programma’s nog worden aangepast, hierin staat het adres van de mySQL database. Deze file vindt u in de bronmap van het programma.
Figuur 4-33: Configuratiebestand
U opent de file masterproef.exe (voor de clientsoftware) en de file masterproef_logger.exe (voor de serversoftware) best met kladblok (rechtermuisknop – openen met). Voor de server: Op de 5de lijn verandert u bij Pwd ‘vancoilliej’ door het paswoord dat u heeft gekozen voor mySQL.
50
Voor de client:
Figuur 4-34: Instellingen client configuratiebestand
Op de 5de lijn verandert u bij Uid ‘root’ door het IP-adres van de PC waarop de serverapplicatie is geïnstalleerd en bij Pwd verandert u ‘vancoilliej’ door het paswoord dat u heeft gekozen voor mySQL. Op de 6de lijn wordt het IP-adres van de OPC server gegeven, de OPC server staat op de server geïnstalleerd dus bij value verandert u 127.0.0.1 door het IP-adres van de server PC. In bijlage 4 vindt u de handleiding voor het instellen van de OPC server. Na al deze instellingen is de regeling klaar voor werking. Alles wordt nu automatisch geregeld.
51
5 Besluiten Voor de nieuwe regelaar werd gekozen tussen 2 verschillende systemen, namelijk een kanten-klare regelaar en een PLC-sturing. De PLC-sturing leek het meest geschikt als nieuwe regeling door de flexibiliteit. Als resultaat is er een regeling gecreëerd die ingedeeld is in verschillende functieblokken waardoor de regeling gemakkelijk uit te breiden is en te implementeren is in een andere HVAC-installatie. In de doelstellingen werd ook het ontwerp van besturingssoftware gevraagd. Er werd een clientprogramma geschreven waar de gebruiker alle parameters van de HVAC-installatie kan bekijken en eventueel aanpassen. Als aanvulling werd ook een serverprogramma geschreven voor het loggen van parameters zoals buitentemperatuur en ruimtetemperaturen in een MySQL database. Deze masterproef mist wel nog de mogelijkheid om het energieverbruik te meten en te loggen. Als het gasverbruik van de ketel nog kan gemeten worden kan de regeling optimaal worden afgesteld om zo energie-efficient mogelijk te zijn. Men kan dan de stookcurve instellen samen met de gewenste temperaturen en zo kijken welke invloed dit heeft op het gasverbruik en rendement van de ketel. Door het gasdebiet te meten kan het hoogste rendement gemeten worden en de regeling kan zo het regelbedrijf gaan aanpassen zodat de ketel zoveel mogelijk werkt op het hoogste rendement. De installatie van een gasdebietmeter zou het kostenplaatje wel wat verhogen. Dit project heeft me geholpen om ervaring op te doen, het is ook altijd leuk om een project te mogen volbrengen waar het bedrijf effectief iets aan heeft en nog zal gebruiken.
52
6 Verdere onderzoeksmogelijkheden
Andere kleppen: de huidige kleppen werken met een 3-punts besturingssignaal (openen, sluiten en blijven staan), hierdoor is alleen een aan/uit-regeling mogelijk. Als deze kleppen zouden worden vervangen door kleppen met een 0-10V DC besturingssignaal zoals de Siemens SQS65 dan is een fijnregeling mogelijk. De klep kan dan een hele boel verschillende posities aannemen tussen toe en open waardoor het debiet te regelen is. Hoe hoger het debiet hoe minder snel de temperatuur zal dalen van het aanvoerwater in de radiatoren. Bij een klein debiet zal de retourtemperatuur lager zijn, hierdoor kan dan ook ervoor gezorgd worden dat de retourtemperatuur onder de 55°C blijft zodat de ketel altijd condenserend kan werken. Dit bespaart energie.
Temperatuursensoren plaatsen in de appartementen: nu werkt de pomp van het circuit appartementen constant als het circuit in bedrijf is. Als er ruimtetemperatuursensoren zouden zijn kan de pomp aan/uit geregeld worden waardoor energie wordt gespaard. Dit zou wel nog goed moeten uitgewerkt worden aangezien er maar één circulatiepomp is voor 4 appartementen.
De nieuwe regelaar kan nog worden uitgebreid, in principe kun je met een PLCsturing alles regelen. De lichten zouden bijvoorbeeld kunnen geregeld worden, indien het geen bedrijfsperiode is er voor zorgen dat de lichten niet aan kunnen. Of met sensoren werken, als de lichtintensiteit in een ruimte hoog genoeg is (door zonlicht) er ook voor zorgen dat de lichten niet aan kunnen.
Naast het gasverbruik te meten zou ook het elektriciteitsverbruik van het gebouw kunnen worden bijgehouden. Zo heeft stad Kortrijk van alle gebouwen met zo’n regeling een goed overzicht van het energieverbruik. Programmeer daarbij nog een regeling dat het energieverbruik in de gaten houdt en bij pieken op bepaalde tijdstippen een melding geeft. Dit zou de kostprijs van de regeling wel serieus verhogen, eerst moet onderzocht worden als dit wel rendabel zou zijn.
Regeling die berekent m.b.v. een gasdebietmeter wanneer het rendement van de ketel het hoogst is en deze waarden probeert na te streven.
53
Literatuurlijst [1]
Bulex, ‘Installatie- en gebruiksaanwijzing Thermosystem’. Bulex, 2005, 51-77
[2]
Bulex, ‘Industriële gas boilers reeks – TN’. Bulex, 1-2
[3]
Landis & Staefa Division, ‘Weersafhankelijke regelaar RVL55’. Siemens, 1992, 1-7
[4]
Landis & Staefa Division, ‘Sigmagyr RVL55 Moduul voor extra regelaar AZY55.31’. Siemens, 1995, 1-3
[5]
Landis & Staefa Division, ‘Sigmagyr RVL55 Moduul voor extra signaaluitgangen AZY55.60’. Siemens, 1989
[6]
Landis & Staefa Division, ‘Sigmagyr Operating cards and plug-in modules’. Siemens, 1999, 2-4
[7]
Siemens Building Technologies, ‘Elektrische servomotoren SQS35’. Siemens, 2005, 12
[8]
Siemens Building Technologies, ‘Dompeltemperatuuropnemer QAE22’. Siemens, 2003, 2
[9]
Siemens Building Technologies, ‘Klemtemperatuuropnemer QAD22’. Siemens, 2001, 2
[10] Phoenix Contact, Productcatalogus. 16/12/08. http://eshop.phoenixcontact.com/ [11] Besturingen, Productcatalogus. 19/04/09. http://www.besturingen.com [12] Demeyer Frederiek, Beheer van HVAC. Howest PIH 2008-2009 [13] P.A. (Bert) Elkhuizen, J.E. (Jan Ewout) Scholten, H.C. (Henk) Peitsman, A (Ad) Kooijman, The effect of optimal tuning of the heating-/ cooling curve in ahu of hvac system in real practise. TNO Bouw, 2004, 1-4 [14] Hardware, Productcatalogus. 26/05/09. http://www.hardware.nl
54
Bijlage 1: Sigmagyr RVL55 bijkomende informatie Aansluitschema
N: massa L: voeding (230V AC) B1: ingang temperatuursensor aanvoertemperatuur B2: ingang temperatuursensor retourtemperatuur B3: ingang temperatuursensor ruimtetemperatuur B4: ingang temperatuursensor buitentemperatuur M: meetnul voor B1,B2,B3 en B4 SD: signaal voor bedrijfstijd (DAG) SN: signaal voor uitzonderingsprogramma (GEREDUCEERD) D: data(H)-bus voor koppeling met andere toestellen F1: voedingssignaal klep openen (driepuntsregeling) F2: voedingssignaal klep sluiten (driepuntsregeling) F3: voedingssignaal circulatiepomp Y1: uitgangssignaal klep openen Y2: uitgangssignaal klep sluiten Q3: uitgangssignaal circulatiepomp 55
Bediening
56
1. Doorzicht frontdeksel 2. Bedieningsveld met 12 regels voor 12 parameters 3. Display met 12 regels 4. Twaalf functiedruktoetsen 5. Verwijderbare afdekking in het frontdeksel 6. Aansluitpunt voor het diagnose/service-toestel 7. Schuifschakelaar voor hand- of automatisch bedrijf 8. Druktoets en LED-indicatie voor klep open 9. Druktoets en LED-indicatie voor klep dicht 10. LED-indicatie voor circulatiepomp aan 11. Insteltoetsen 12. Sleutel voor het openen van het frontdeksel 13. Cassette met bedieningsboekje 14. Grendel om de cassette te openen 15. Bedieningsboekje 16. Bladzijdecodering Om de verschillende parameters te bekijken of te veranderen moet het bedieningsboekje op de juiste bladzijde staan en in de cassette worden geplaatst. Na het plaatsen zullen alle parameters die op die bladzijde staan automatisch op de display verschijnen. Om een parameter aan te passen moet u op de functietoets (nr. 4) drukken die naast de parameter staat die u wilt aanpassen. De waarde zal nu beginnen flikkeren, u kunt nu de waarde aanpassen door op één van de insteltoetsen (nr. 11) te duwen. Min om de waarde te verminderen en plus om de waarde te vergroten. Voorbeeld: Dit is de bladzijde van het bedieningsboekje om de parameters van de stookcurve te bekijken of aan te passen:
57
Dit is de bladzijde van het bedieningsboekje om de weekschakelklok in te stellen:
58
Bijlage 2: Onderdelen PLC Fabrikant Als fabrikant wordt gekozen voor Phoenix Contact. In het PIH wordt veel gewerkt met deze fabrikant waardoor de kennis om met deze fabrikant te werken al aanwezig is. Phoenix Contact is één van de goedkoopste controllerfabrikanten en hun software is volledig gratis. Hierdoor kan vrij goedkoop een regeling gemaakt worden. Type Het gekozen type is de inline-controller ILC 150 ETH. Deze PLC ligt in het onderste vermogensbereik van de inline-controller reeks van Phoenix Contact en is geschikt als compacte besturing van kleine decentrale functies. Deze PLC is meer dan voldoende om een standaard HVAC installatie te besturen.
Eigenschappen De ILC 150 ETH heeft standaard 8 digitale ingangen en 4 digitale uitgangen. De minimale cyclustijd is 1ms en hij heeft een interne realtime klok met een nauwkeurigheid van 1 minuut (maximum) per week.
59
Software De software om de controller te besturen en te programmeren is PC WorX, het is een programmeertool die werkt volgens de IEC 61131 norm. Deze bevat volgende programmeertalen: Instruction list (AWL/IL), Function Block Diagram (FSB/FBD), Ladder Diagram (KOP/LD), Structured Text (ST), Sequential Function Chart (AS/SFC). De basisfuncties van de software zijn het ontwerpen van een automatiseringssysteem en parametreren en bedienen van profibus- en interbus modulen.
Data interfaces De ILC 150 ETH heeft parametrering/bediening/diagnose.
2
verschillende
data
interfaces
voor
PS/2 Dit is een seriële interface voor invoerapparaten, deze interface wordt veel gebruikt bij computers (muis en toetsenbord). De ILC 150 ETH heeft één 6-pin mini-din (PS/2) aansluiting.
Ethernet De ILC 150 ETH heeft één ethernet 10/100 aansluiting (RJ45). PC WorX kan dus gemakkelijk via ethernet worden gebruikt. Bij het gebruik van de OPC server kan via ethernet verscheidende data beschikbaar gesteld worden.
60
Voeding De voeding wordt een TRIO-PS 24VDC/2,5A, deze heeft een output van 2,5A bij 24VDC. Dit is zeker genoeg aangezien de relais een minimale inschakelstroom van 14mA hebben.
61
Bijkomende onderdelen Aansturing kleppen De kleppen hebben 2 stuuringangen, één om de klep te openen en één om de klep te sluiten. Deze ingangen moeten gestuurd worden met een spanning van 230V AC. Aangezien de PLC alleen uitgangen heeft met een spanning van 24V DC moeten we relais gebruiken om de kleppen aan te sturen. Er zijn dus 3*2 = 6 relais nodig. Het gekozen relais is de PLC-RSC-24DC/21, een relais voor PLC-interface, bestaande uit basisklem PLC-RSC…/21 met schroefaansluiting en steekbaar miniatuurrelais met vermogenscontact, voor montage op montagerail NS 35/7,5,1. Het heeft een ingangsspanning van 24V DC met een continue grensstroom van 6A en een afschakelvermogen van 1500VA (bij 250V AC). De schakelstroom moet minimaal 10mA zijn.
De ILC 150 ETH PLC heeft standaard maar 4 digitale uitgangen en er zijn er 10 (6 voor de kleppen en 4 voor de circulatiepompen) nodig. Er moet dus ook nog een kaart toegevoegd worden om het aantal digitale uitgangen uit te breiden. De gekozen kaart is de IB IL 24 DO 8-PAC, een uitgangskaart met 8 digitale uitgangen van 24V DC/500mA.
62
Aansturing circulatiepompen De huidige contactoren die de circulatiepompen schakelen hebben een ingangsspanning nodig van 230V AC maar de ILC 150 ETH heeft alleen uitgangen van 24V DC dus moeten er nieuwe 3-fasige contactoren komen met een schakelspanning van 24V DC. Het grootste nominaal vermogen van de circulatiepompen is 205W bij 0,72A. Een standaard 3-fasig relais zal hier normaal genoeg zijn. Informatie moet nog worden verkregen. Alle circulatiepompen van de aanvoer zijn al beveiligd met automaten van 3*6A en de circulatiepomp van het sanitair warm water heeft een automaat van 2*6A. Er moeten dus geen bijkomende veiligheden aangekocht worden.
Aansturing ketel Om de ketel van de centrale verwarming goed aan te sturen is een 0-10V DC ingangssignaal nodig. Hiervoor hebben we een analoge uitgang nodig op de ILC 150 ETH, dit kan bekomen worden door een analoge uitgangskaart bij te voegen. De gekozen kaart is een IB IL AO 1/U/SF-PAC, dit is een inline-analoge uitgangsklem met 1 uitgang van 0-10V.
63
Temperatuursensoren De 5 geïnstalleerde temperatuursensoren vereisen aangepaste ingangen die de weerstandswaarden kunnen meten en omzetten naar een analoge waarde. Daarvoor moeten er speciale kaarten bij de ILC 150 ETH gevoegd worden. De gekozen kaart is de IB IL TEMP 2 RTD-PAC, een inline-analoge ingangsklem met 2 RTD (weerstandsthermometer) ingangen.
Er zijn 3 van deze kaarten nodig (5 temperatuursensoren).
Prijsofferte ITEM ILC 150 ETH 3-fasen contactor (Moeller) Relais (PLC-RSC-24DC/21) RTD kaart (de IB IL TEMP 2 RTD-PAC) digitale uitgangskaart (IB IL 24 DO 8-PAC) analoge uitgangskaart (IB IL AO 1/U/SF-PAC) voeding
AANTAL 1 4 6 3 1 1 1
PRIJS/STUK 329,40 € 26,41 € 15,44 € 190,59 € 101,35 € 113,47 € 120,64 €
TOTAAL 327,00 € 105,64 € 92,64 € 571,77 € 101,35 € 113,47 € 100,00 € 1.434,91 €
64
Bijlage 3: PCWORX start handleiding Start een nieuw project op.
Kies de juiste controller, in dit geval de ILC 150 ETH Rev.> 01/2.00
Ga naar Bus Configuration Workspace.
65
Klik links op de controller.
Indien het IP adres van uw computer goed is ingesteld zal PCWORX zelf een IP adres kiezen voor de controller. Vul eventueel het MAC adres ook in (staat op de controller). Ga naar Extras – BootP/SNMP/TFTP-Configuration en zorg dat BootP Server active aangevinkt staat.
Nu moet de controller worden gereset, dit wordt gedaan door de voedingsspanning uit en terug aan te leggen. De controller zal nu het IP adres toegekend krijgen die ingesteld is onder het tabblad IP Settings. Nu moeten alle uitbreidingskaarten softwarematig toegevoegd worden aan de controller zodat ze kunnen worden gebruikt.
66
Ga naar View – Connected bus en selecteer bovenaan in de combobox de controller.
Nu moet er onderaan Online in het groen verschijnen anders wil het zeggen dat de connectie nog niet gemaakt is en moet je terug proberen het IP adres in te stellen. Indien alles goed is klik je met de rechtermuisknop op de controller en klik je op Import to Project – With Device Description.
Nu krijg je een ander kader waar je de juiste I/O-kaart moet kiezen, beginnende vanaf de meest linkse uitbreidingskaart.
67
Dit doe je meermaals tot alle kaarten gekozen zijn zoals hieronder.
Sluit het kader af en compileer het project.
Klik op control project dialog en klik op download, vanonderen zal je een progressiebalk zien waarna de instellingen in de PLC zullen zitten.
68
Nu kan je terug gaan naar de IEC Programming Workspace (scherm waar je in het begin zat). Je kant nu POU’s gaan toevoegen (functieblokken enz.) waar je in kan programmeren en zo een volledige programma kan gaan samenstellen.
69
Bijlage 4: Configuratie van de OPC-server Open de OPC Configurator:
Creëer een nieuwe resource en geef het de naam ‘hvac’ (dit is de naam van het project) via rechtermuisknop – rename resource.
Selecteer m.b.v. de combobox het juiste type PLC:
70
Klik op settings en stel het juiste IP-adres in van de PLC en druk op ok. Als het IP-adres van de PLC nog niet ingesteld is bekijkt u best eens bijlage 3.
De OPC-server is nu juist ingesteld.
71
